INFLAMMATION AS A FUNDAMENTAL PATHOLOGICAL PROCESS: LECTURE 2 (CELLULAR COMPONENT)

The second part of the lecture describes cellular events occurring in the focus of inflammation. The first cells migrating to the focus of inflammation are neutrophils, the second are accumulate monocytes (macrophages), and the final cells of inflammation are fibroblasts. This sequence is determined by the spectrum of chemoattractants which are presented in the focus of inflammation.

Neutrophil migration is initiated by tissue macrophages, which are activated upon tissue damage and begin to secrete cytokines, primarily IL-8 and IL-1. These cytokines ensure neutrophil adhesion to the vascular wall and their further chemotaxis along the gradient of these cytokines and other chemoattractants. There are several populations of neutrophils. Inflammation mainly involves high density neutrophils (mature cells) and low density neutrophils (immature cells, e.g. band forms). From a functional point of view, neutrophils are divided into pro-inflammatory (N1) and immunosuppressive (N2), the balance between these cells is very important for an adequate course of inflammation. Neutrophils begin the process of destroying the pathogen and tissue damage products. In addition to the long-known phagocytosis, this process is carried out with the help of neutrophil extracellular traps (NET), which consist of DNA, histones and lysosomal enzymes. Neutrophils in the focus of inflammation synthesize cytokines (IL-1, IL-6, TNFα, G-CSF and others), which stimulate the migration of monocytes and their differentiation into macrophages. Activated macrophages are divided into two groups: classic pro-inflammatory M1 and alternative anti-inflammatory M2. M1 are involved in the elimination of pathogen. They have powerful cytotoxic and antimicrobial activities. M2 macrophages produce anti-inflammatory cytokines (IL-10, TGFβ, etc.), growth factors, they stimulate angiogenesis, fibroblast proliferation processes and the formation of an extracellular matrix by fibroblasts. Fibroblasts, attracted by macrophage cytokines, complete the inflammatory process. They synthesize the basic substance of the connective tissue and provide the process of its organization. Dysregulation of cellular responses can underlie chronic inflammation.

1. Гусев Е.Ю., Журавлёва Ю.А., Зотова Н.В. Взаимосвязь эволюции иммунитета и воспаления у позвоночных. Успехи современной биологии. 2019;139(1):59–74 [Gusev E.Yu., Zhuravleva Yu.A., Zotova N.V. Correlation of Immunity Evolution and Inflammation in Vertebrates. Biology Bulletin Reviews. 2019;139(1):59–74 (In Russian)]. DOI:10.1134/S0042132419010058

2. Юрова К.А., Хазиахматова О.Г., Малащенко В.В. и др. Клеточно-молекулярные аспекты воспаления, ангиогенеза и остеогенеза. Краткий обзор. Цитология. 2020;62(5):305–315 [Yurovaa K.A., Khaziakhmatovaa O.G., Malashchenkoa V.V. et al. Cellular-molecular aspects of inflammation, angiogenesis and osteogenesis. A short review. Tsitologyia. 2020;62(5):305–315 (In Russian)]. DOI:10.31857/S0041377120050090

3. Казимирский А.Н., Салмаси Ж.М., Порядин Г.В. Нейтрофильные экстраклеточные ловушки – регуляторы формирования врожденного и адаптивного иммунитета. РМЖ. Медицинское обозрение. 2020;4(1):38–41 [Kazimirskii A.N., Salmasi J.M., Poryadin G.V. Neutrophil extracellular traps regulate the development of innate and adaptive immune system. Russian Medical Review. 2020;4(1):38–41 (In Russian)]. DOI:10.32364/2587-6821-2020-4-1-38-41

4. Линге И.А., Апт А.С. Нейтрофилы: неоднозначная роль в патогенезе туберкулеза. Инфекция и иммунитет. 2021;11(5):809–819 [Linge I.A., Apt A.S. A. Controversial role of neutrophils in tuberculosis infection pathogenesis. Russian Journal of Infection and Immunity = Infektsiya i immunitet. 2021;11(5):809–819 (In Russian)]. DOI:10.15789/2220-7619-ACR-1670

5. Потапнев М.П. Иммунные механизмы стерильного воспаления. Иммунология. 2015;36(5):312–318 [Potapnev M.P. Immune mechanisms of sterile inflammation. Immunologiya. 2015;36 (5):312–318 (In Russian)].

6. Долгушин И.И., Зарипова З.З., Карпова М.И. Роль нейтрофилов в патогенезе ишемического инсульта. Бюллетень сибирской медицины. 2021;20(3):152–160 [Dolgushin I.I., Zaripova Z.Z., Karpova M.I. The role of neutrophils in the pathogenesis of ischemic stroke. Bulletin of Siberian Medicine. 2021;20(3):152–160 (In Russian)]. DOI:10.20538/1682-0363-2021-3-152-160

7. Андрюков Б.Г., Богданова В.Д., Ляпун И.Н. Фенотипическая гетерогенность нейтрофилов: новые антимикробные характеристики и диагностические технологии. Гематология и трансфузиология. 2019;64(2):211–221 [Andryukov B.G., Bogdanova V.D., Lyapun I.N. Phenotypic heterogeneity of neutrophils: new antimicrobic characteristics and diagnostic technologies. Russian Journal of Hematology and Transfusiology (Gematologiya i transfuziologiya). 2019;64(2):211–221 (In Russian)]. DOI:10.35754/0234-5730-2019-64-2-211-221

8. Жуковская О.В. Нейтрофильные внеклеточные ловушки в патогенезе акушерских осложнений при COVID-19 (краткий обзор литературы). Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2022;85:143–150 [Zhukovskaya O.V. Neutrophil extracellular traps in the pathogenesis of obstetric complications in COVID-19 (brief review). Bûlleten' fiziologii i patologii dyhaniâ (Bulletin Physiology and Pathology of Respiration). 2022;(85):143–150 (In Russian)]. DOI:10.36604/1998-5029-2022-85-143-150

9. Потапнев М.П., Гущина Л.М., Мороз Л.А. Фенотипическая и функциональная гетерогенность субпопуляций нейтрофилов в норме и при патологии. Иммунология. 2019;40(5):84–96 [Potapnev M.P., Hushchyna L.M., Moroz L.А. Human neutrophils subpopulations and functions heterogeneity in norm and pathology. Immunologiya. 2019;40(5):84–96]. DOI:10.24411/0206-4952-2019-15009

10. Долгушин И.И., Мезенцева Е.А., Савочкина А.Ю., Кузнецова Е.К. Нейтрофил как «многофункциональное устройство» иммунной системы. Инфекция и иммунитет. 2019;9(1):9–38 [Dolgushin I.I., Mezentseva E.A., Savochkina A.Yu., Kuznetsova E.K. Neutrophil as a multifunctional relay in immune system. Russian Journal of Infection and Immunity = Infektsiya i immunitet. 2019;9(1):9–38 (In Russian)]. DOI:10.15789/2220-7619-2019-1-9-38

11. Коненков В.И., Макарова О.П., Бгатова Н.П., Ракова И.Г. Динамика изменения активности цитокинов и функций нейтрофилов в крови крыс после термического ожога кожи. Цитокины и воспаление. 2007;6(3):57-63. [Konenkov V.I., Makarova O.P., Bgatova N.P., Rakova I.G. Dynamics of changes in the activity of cytokines and functions of neutrophils in the blood of rats after thermal burns of the skin. Cytokines and inflammation. 2007;6(3):57-63 (In Russian)].

12. Богданова В.Д., Андрюков Б.Г., Ляпун И.Н., Бынина М.П. Фенотипические субпопуляции нейтрофилов: новые диагностические и иммуномодулирующие стратегии. Здоровье. Медицинская экология. Наука. 2019;1:5–10 [Bogdanova V.D., Andrukov B.G., Lyapun I.N., Bynina M.P. Phenotypic subpopulations of neutrophils: new diagnostic and immunomodulatory strategies. Health. Medical ecology. Science. 2019;1:5–10 (In Russian)]. DOI:10.5281/zenodo.2562122

13. Аутеншлюс А.И., Шкунов А.Н., Иванова Г.Г. и др. Содержание цитокинов IL-1β, TNFα и уровни антител к TNFα у больных с онкологическими и воспалительными заболеваниями. Цитокины и воспаление. 2005;4(3):11–15 [Autenshlyus A.I., Shkunov A.N., Ivanova G.G. et al. Content of cytokines IL-1β, TNFα and levels of antibodies to TNFα in patients with oncological and inflammatory diseases. Cytokines and inflammation. 2005;4(3):11–15 (In Russian)].

14. Кренев И.А., Берлов М.Н., Умнякова Е.С. Антимикробные белки и пептиды нейтрофильных гранулоцитов как модуляторы системы комплемента. Иммунология. 2021;42(4):426–433 [Krenev I.A., Berlov M.N., Umnyakova E.S. Antimicrobial proteins and peptides of neutrophilic granulocytes as modulators of complement system. Immunologiya. 2021;42(4):426–33 (In Russian)]. DOI:10.33029/0206-4952-2021-42-4-426-433

15. Бочкарева Л.А., Недосугова Л.В., Петунина Н.А. и др. Некоторые механизмы развития воспаления при сахарном диабете 2 типа. Сахарный диабет. 2021;24(4):334–341 [Bochkareva L.A., Nedosugova L.V., Petunina N.A. et al. Some mechanisms of inflammation development in type 2 diabetes mellitus. Diabetes Mellitus. 2021;24(4):334-341 (In Russian)]. DOI:10.14341/DM12746

16. Повещенко А.Ф., Шкурат Г.А., Колесников А.П., Коненков В.И. Функциональная и фенотипическая характеристика макрофагов при остром и хроническом воспалении. Макрофаги сторожевых лимфатических узлов. Успехи физиологических наук. 2015;46(1):105–112 [Poveschenko A.F., Shkurat G.A., Kolesnikov A.P., Konenkov V.I. Functional and phenotypic properties of macrophages in acute and chronic inflammation. Macrophages of sentinel lymph nodes. Uspekhi fiziologicheskih nauk = Advances in the physiological sciences. 2015;46(1):105–112 (In Russian)].

17. Бедина С.А., Мозговая Е.Э., Трофименко А.С. и др. Внеклеточные ловушки нейтрофилов: динамика образования, ассоциированная с переходом от ремиссии к активному ревматоидному артриту. Сибирское медицинское обозрение. 2022;(6):86–92 [Bedina S.A., Mozgovaya E.E., Trofimenko A.S. et al. Neutrophil extracellular traps: formation dynamics associated with the transition from remission to active rteumatoid arthritis. Siberian Medical Review. 2022;(6):86–92 (In Russian)]. DOI:10.20333/25000136-2022-6-86-92

18. Волков Д.В., Тец Г.В., Рубцов Ю.П. и др. Внеклеточные ловушки нейтрофилов (NET): перспективы таргетной терапии. Acta Naturae. 2021;13(3):15–23 [Volkov D.V., Tetz G.V., Rubtsov Y.P. et al Neutrophil Extracellular Traps (NETs): opportunities for targeted therapy. Acta Naturae. 2021;13(3):15–23 (In Russian)]. DOI:10.32607/actanaturae.11503

19. Айтбаев К.А., Муркамилов И.Т., Фомин В.В. и др. Коронавирусная болезнь 2019 (COVID-19): нетоз-ассоциированные механизмы прогрессирования и перспективы терапии, регулирующей образование нейтрофильных внеклеточных ловушек (NETs). Acta biomedica scientifica. 2021;6(4):64-73. [Aitbaev K.A., Murkamilov I.T., Fomin V.V. et al. Coronavirus disease 2019 (COVID-19): NETosis-associated mechanisms of progression and prospects for therapy regulating the formation of neutrophil extracellular traps (NETs). Acta biomedica scientifica. 2021;6(4):64-73 (In Russian)]. DOI:10.29413/ABS.2021-6.4.6

20. Плескова С.Н., Горшкова Е.Н., Боряков А.В., Крюков Р.Н. Морфологические особенности быстрого и классического нетоза. Цитология. 2019;61(9):704–712 [Pleskova S.N., Gorshkova E.N., Boryakov A.V., Kriukov R.N. Morphological features of quick and classical netosis. Tsitologyia. 2019;61(9):704–712 (In Russian)]. DOI:10.1134/S0041377119090098

21. Антонов В.Г., Козлов В.К. Патогенез онкологических заболеваний: иммунные и биохимические феномены и механизмы. Внеклеточные и клеточные механизмы общей иммунодепрессии и иммунной резистентности. Цитокины и воспаление. 2004;(3)1:8-19 [Antonov V.G., Kozlov V.K. Cancer pathogenesis: immune and biochemical phenomena and their mechanisms. Extracellular and cellular mechanisms of general immunosuppression and immune resistance. Cytokines and inflammation. 2004;(3)1:8-19 (In Russian)].

22. Чурина Е.Г., Попова А.В., Уразова О.И. и др. Макрофаги и противотуберкулезный иммунитет (обзор литературы). Вестник Томского государственного университета. Химия. 2022;26:32–59 [Churina E.G., Popova A.V., Urazova O.I. et al. Macrophages and anti-tuberculosis immunity (literature review). Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Chimia – Tomsk State University Journal of Chemistry. 2022;26:32–59 (In Russian)]. DOI:10.17223/24135542/26/3

23. Лепеха Л.Н., Ерохина М.В., Демьяненко Н.Г. и др. Фенотипическая пластичность макрофагов воспаления при саркоидозе и туберкулезе легких. Вестник ЦНИИТ. 2022;3:7–21 [Lepekha L.N., Erohina M.V., Dem'yanenko N.G. et al. Phenotypic plasticity of inflammatory macrophages in sarcoidosis and pulmonary tuberculosis. CTRI Bulletin 2022;3:7–21 (In Russian)]. DOI:10.57014/2587-6678-2022-3-7-21

24. Рябов В.В., Гомбожапова А.Э., Роговская Ю.В. и др. Функциональная пластичность моноцитов/макрофагов в процессах восстановительной регенерации и постинфарктного ремоделирования сердца. Иммунология. 2016;37(6):305–311 [Ryabov V.V., Gombozhapova A.E., Rogovskaya Yu.V.et al. Functional plasticity of monocytes/macrophages in post-infarction cardiac regeneration and remodeling. Immunology. 2016;37(6):305–311 (In Russian)]. DOI:10.18821/0206-4952-2016-37-6-305-312

25. Чаулин А.М., Григорьева Ю.В. Воспаление при атеросклерозе: от теории к практике. Бюллетень науки и практики. 2020;6(10):186–205 [Chaulin A.M., Grigoryeva Ju.V. Inflammation in Atherosclerosis: From Theory to Practice. Bulletin of Science and Practice. 2020;6(10):186–205 (In Russian)]. DOI:10.33619/2414-2948/59/21

26. Ярилин Д.А. Роль фактора некроза опухолей в регуляции воспалительного ответа моноцитов и макрофагов. Иммунология. 2014;36(4):195–201 [Yarilin D.A. Role of tumor necrosis factor in the regulation of the inflammatory response of monocytes and macrophages. Immunologiya. 2014;36(4):195–201 (In Russian)].

27. Ерохина М.В., Курынина А.В., Щербакова Е.А. и др. Моделирование рецепторного фагоцитоза в провоспалительных макрофагах человека. Вестник ЦНИИТ. 2020;4:15–26 [Erohina M.V., Kurynina A.V., Shcherbakova E.A. et al. Modeling of receptor phagocytosis in pro-inflammatory human macrophages. CTRI Bulletin. 2020;4:15–26 (In Russian)]. DOI:10.7868/S2587667820040020

28. Герасимова Е.В., Попкова Т.В. Функциональные нарушения макрофагов при ревматоидном артрите и атеросклерозе. Научно-практическая ревматология. 2018;56(4):486–493 [Gerasimova E.V., Popkova T.V. Macrophage functional disorders in rheumatoid arthritis and atherosclerosis. Nauchno-Prakticheskaya Revmatologiya = Rheumatology Science and Practice. 2018;56(4):486-493 (In Russian)]. DOI:10.14412/1995-4484-2018-486-493

29. Сумина В.П., Гагиева А.В., Диденко М.И. Репрограммирование клеточных ответов макрофагов: возможности управления воспалительным процессом. Журнал научных статей Здоровье и образование в ХХI веке. 2016;18(3):92–95 [Sumina V.P., Gagieva A.V., Didenko M.I. A review of the control of the immune response: reprogramming of macrophages as a promising direction of pathophysiology. The journal of scientific articles Health and education. 2016;18(3):92–95 (In Russian)].

30. Голубцова А.К., Кантышева Е.Б., Новоселова А.В., Попугайло М.В. Нейтрофилы как факторы, которые способны стимулировать и тормозить развитие рака. Роль нейтрофилов в метастазировании, прогнозе и возможные точки для терапевтических вмешательств. Научное обозрение. Медицинские науки. 2022;4:10–15 [Golubcova A.K., Kantysheva E.B., Novoselova A.V., Popugajlo M.V. Neutrophils as factors that can stimulate and inhibit the development of cancer. The role of neutrophils in metastasis, prognosis and possible points for therapeutic interventions. Scientific review. Medical Sciences. 2022;4:10–15 (In Russian)].

31. Рычагов Г.П., Гинюк В.А. Патогенез раневого процесса. Хирургия. Восточная Европа. 2013;3(07):133–140 [Rychagov G.P., Ginyk V.A. Pathogenesis of wound healing. Surgery. Eastern Europe. 2013;3(07):133–140 (In Russian)].

32. Соколов Д.И., Кондратьева П.Г., Розломий В.Л. и др. Роль ангиогенеза в развитии наружного генитального эндометриоза. Цитокины и воспаление. 2007;(6)2:10-17 [Sokolov D.I., Kondrat'eva P.G., Rozlomij V.L. et al. The role of angiogenesis in the development of external genital endometriosis. Cytokines and inflammation. 2007;(6)2:10-17 (In Russian)].

33. Майборода А.А., Кирдей Е.Г., Семинский И.Ж., Цибель Б.Н. Учебное пособие по общей патологии. Иммунный ответ, воспаление. 2-е изд., доп. М.:МЕДпресс-информ;2006 [Majboroda A.A., Kirdej E.G., Seminskij I.Zh., Cibel' B.N. Textbook on General Pathology. Immune response, inflammation. 2nd edition. M.:MEDpress-inform;2006 (In Russian)].

34. Потекаев Н.Н., Борзых О.Б., Шнайдер Н.А. и др. Синтез коллагена в коже: генетические и эпигенетические аспекты. Бюллетень сибирской медицины. 2022;21(3):217–226 [Potekaev N.N., Borzykh O.B., Shnayder N.A. et al. Collagen synthesis in the skin: genetic and epigenetic aspects. Bulletin of Siberian Medicine. 2022;21(3):217–226 (In Russian)]. DOI:10.20538/1682-0363-2022-3-217-226

35. Рогов К.А., Тихонова Н.Б., Болтовская М.Н., Милованов А.П. Морфологические аспекты нарушения репарации миометрия после кесарева сечения. Клиническая и экспериментальная морфология. 2018;2:48-54 [Rogov K.A., Tikhonova N.B., Boltovskaya M.N., Milovanov A.P. Morphological aspects of the disturbances of the repair myometrial after cеsarean section. Clinical and experimental morphology. 2018;2:48-54 (In Russian)]. DOI:10.31088/2226-5988-2018-26-2-48-54

36. Парахонский А.П. Медиаторные аспекты воспалительного процесса. Аспирант. 2015;11-1(16):133-137 [Parakhonsky A.P. Neurotransmitter aspects of the inflammatory process. Graduate student. 2015;11-1(16):133-137 (In Russian)].

37. Пальчун В.Т., Гуров А.В., Михалева Л.М., Гордиенко М.В. Клинико-морфологические особенности хронизации воспаления в слизистой оболочке среднего уха в современных условиях. Медицинский совет 2017;16:44-47 [Palchun V.T., Gurov A.V., Mikhaleva L.M., Gordienko M.V. Clinic-morphological features of synchronization of inflammation in a mucous membrane of a middle ear in modern conditions. Medical advice. 2017;16:44-47 (In Russian)]. DOI:10.21518/2079-701x-2017-16-44-47

38. Клименко Н.А., Шевченко А.Н. Гематологические механизмы хронизации воспаления. Вестник уральской медицинской академической науки. 2010;4(32);86-89 [Klimenko N.A., Shevchenko A.N. Hematological mechanisms of chronic inflammation. Vestnik ural'skoi meditsinskoi akademicheskoi nauki. 2010;4(32);86-89 (In Russian)].